1. e
2011 ANDALUCÍA INNOVA • espeCial QUÍMiCa
¿Qué es la Química?
¿Cómo se les pone el nombre a los elementos
químicos?
¿De qué están hechos los seres vivos?
¿Qué son los biomateriales?
100
PREGUNTAS
RESPUESTAS

2. 100 preguntas, 100 respuestas
100 PREGUNTAS, 100 RESPUESTAS
Nuestros expertos en
Química responden
de la Asociación Internacional nidad para que la Química y sus
de Sociedades Químicas, asocia- profesionales tomen la palabra,
ción que a partir de 1919 adoptó un año, para pensar sobre Quími-
la denominación actual y más ca, y comprender sus ventajas y
Carlos Negro
conocida de Unión Internacio- oportunidades.
nal de Química Pura y Aplicada Los organismos responsables
Q
uímica, Vida y Futuro se- (IUPAC). de la coordinación y organización
rán sin duda tres palabras Si algo define el entorno en el a nivel mundial del AIQ 2011 son
claves para la Ciencia que que vivimos y a nosotros mismos, la UNESCO y la IUPAC, que han
sonarán mucho a lo largo del año es la materia. Nuestra compren- tomado la determinación de lle-
2011. Y lo van a ser, entre otras co- sión del mundo material depen- var a cabo una serie de proyectos
sas porque en diciembre de 2008, de de nuestro conocimiento de globales que actúen como catali-
la 63ª Asamblea General de las la Química, pues los elementos zadores para la puesta en marcha
Naciones Unidas adoptó una Re- químicos forman parte de toda la de iniciativas en todos los países,
solución proclamando 2011 como materia conocida e intervienen bajo la coordinación de las insti-
el Año Internacional de la Quími- en todos y cada uno de los proce- tuciones químicas de los mismos.
ca (AIQ-2011), dentro del decenio sos de la vida. Si somos capaces En España es el Foro Química y
de las Naciones Unidas de la Edu- de entender ese todo, de conocer Sociedad el encargado de liderar
cación para el desarrollo Sosteni- la composición de la materia, su una agenda de actividades que
ble (2005-2014). comportamiento y cómo gober- pretende ser hilo conductor de
El AIQ-2011 supone la celebra- nar sus transformaciones modi- los miles de eventos que desde las
ción a nivel mundial de los logros ficándolas, actuando sobre ellas Universidades, los Centros de in-
de la Química y de su contribu- y controlándolas en función de vestigación, Colegios y Asociacio-
ción al bienestar de la Huma- nuestras necesidades, seremos nes profesionales y la Industria,
nidad. Es un año muy especial capaces de garantizar el desarro- tendrán lugar durante 2011 en
para todo lo relacionado con la llo sostenible del Planeta y, por todas las Comunidades autóno-
Química y cuyos objetivos son in- tanto, nuestro futuro. No en va- mas. En este Foro, creado en 2005,
¡
crementar la apreciación pública no la Química es la Ciencia (y su están representados científicos,
de la Química como herramienta Tecnología el arte) de la materia investigadores, docentes, empre-
fundamental para satisfacer las Carlos Negro y de sus transformaciones: de ahí sarios, técnicos y trabajadores,
necesidades de la Sociedad, pro- es Catedrático lo acertado del eslogan del AIQ así como todos aquellos profesio-
mover entre los jóvenes el interés de la Uni- Química - nuestra vida, nuestro nales que, de un modo u otro, se
por esta ciencia y generar entu- versidad futuro. dedican a esta Ciencia y a su de-
siasmo por el futuro creativo de la Complutense, Pero si bien es obvio que la sarrollo, a través de sus organis-
misma. La elección de 2011 como Presidente de Química está presente en todas mos más representativos: la Aso-
Año Internacional de la Química la Asociación las facetas de nuestra vida diaria, ciación Nacional de Químicos de
no ha sido casual, pues se ha he- Nacional de también lo es que su omnipre- España (ANQUE), la Conferencia
cho coincidir con el centenario Químicos de sencia hace que a menudo se la Española de Decanos de Química,
de la concesión del Premio Nobel España y del olvide y pase desapercibida. El el Consejo Nacional de Colegios
de Química a María Sklodowska- Foro Química y Año Internacional de la Química de Químicos de España, el Con-
Curie, así como el de la fundación Sociedad tiene que ser una gran oportu- sejo Superior de Investigaciones
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3. anDalUCÍa innOVa. FEBRERO 2011
Científicas (CSIC), la Federación to, Andalucía tiene el honor de lado la decisiva contribución de la
Empresarial de la Industria Quí- contar con una pionera, Dª Isabel Química al desarrollo de nuevos
mica Española (FEIQUE), la Fede- Ovín Camps, natural de Carmona materiales, lo que ha permitido
ración Estatal de Industria Afines (Sevilla), la cual, cuando en 1911 el acceso fácil, rápido y económi-
de UGT (FIA-UGT), la Federación la Universidad de Sevilla abrió co a tecnologías digitales como la
Textil-Piel, Químicas y Afines de matrícula por primera vez en banda ancha, Internet o los teléfo-
CCOO (FITEQA-CCOO), el Salón su historia para cursar la Licen- nos móviles, que han acelerado la
Internacional Feria Expoquimia ciatura en Ciencias (sección de difusión de tecnologías basadas
y la Real Sociedad Española de Químicas), así lo hizo, llegando a en mejores prácticas, han revolu-
Química (RSEQ). convertirse en 1917 en la primera cionado la organización interna
Sirva como ejemplo esta publi- química de España. y externa de la investigación y
cación Cien preguntas, cien res- Volviendo a la Química, no po- la gestión, facilitando incluso la
puestas sobre Química, una ini- demos olvidar que, gracias a ella, implantación de centros de inves-
ciativa del Plan de Divulgación nuestra esperanza de vida se ha tigación en áreas remotas.
Científica de Andalucía, depen- duplicado en los últimos 100 años, Pero todavía quedan retos por
diente de la Consejería de Econo- contribuyendo en áreas como el resolver en los que la Química
mía, Innovación y Ciencia, en la diagnóstico, la prevención y el debe liderar el camino del conoci-
que ha colaborado la Asociación tratamiento de enfermedades. miento. Algunos de los retos glo-
de Químicos de Andalucía (AQA- Baste mencionar que la aplica- bales del Planeta son la alimenta-
ción, el cambio climático, el sumi-
nistro de agua y energía, la pre-
servación del medio ambiente…
Todos ellos y muchos más encon-
trarán en los avances de la Quí-
mica un gran aliado para la bús-
queda de soluciones y respuestas.
Sin duda la Química ha sido, es y
será una Ciencia solidaria en la
que sus desarrollos permitirán
contribuir al alcance de los obje-
tivos del Milenio, abasteciendo
de alimentos a una población que
crece exponencialmente, mejo-
rando su salud y garantizando la
protección del medioambiente y
la sostenibilidad.
En definitiva, la Química es
una Ciencia transversal al servi-
cio de la paz y del desarrollo, que
contribuye y va a contribuir cada
vez más a la generación y mejor
distribución de recursos en el
mundo.
La Química no tiene por finali-
dad solo descubrir, sino también,
ANQUE) y que ve la luz con moti- ción de la Química a la Farmaco- y sobre todo, crear. A lo largo de
vo de este Año Internacional. logía ha hecho posible la elabo- las páginas que siguen Cien pre-
Como se mencionó más arri- ración de vacunas, antibióticos y guntas, cien respuestas sobre Quí-
ba, este año 2011 se conmemora todo tipo de medicamentos, que mica irá conduciendo al lector
el centenario de la concesión del han supuesto una reducción drás- por aspectos muy diversos de las
Premio Nobel de Química a Ma- tica de los índices de mortalidad. aportaciones de la Química y de
rie Curie, y al hilo de esta efemé- A ellos debemos uno de cada cin- sus aplicaciones en la vida coti-
rides hemos querido aprovechar co años de nuestra vida y gracias diana, en aspectos tales como la
la excelente oportunidad que a ellos podemos vivir en mejores salud, la alimentación, el medio
nos brinda esta publicación para condiciones hasta edades más ambiente, el desarrollo de nuevos
hacer un reconocimiento explí- avanzadas. Por otro lado, el haber materiales, la comunicación, el
cito de la esencial contribución iniciado a descifrar el genoma transporte, la energía, el agua, el
a la Química de las mujeres, que humano, está abriendo paso a ocio, la cultura, el mundo de los
hasta 1910 habían tenido vetado una nueva medicina de carácter sentidos… y otros muchos más.
el acceso a los estudios universi- preventiva y personalizada. Esperamos que su lectura sea
tarios en España. En este aspec- Ni tampoco podemos dejar de provechosa.
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4. 100 preguntas, 100 respuestas
1 dicamentos, prótesis, bebidas… Así el elemento oro tiene pro-
¿Qué es la Química? Nuestro modo de vida no sería piedades diferentes al elemento
DD Química es la Ciencia ex-
La igual si nos faltara la Química. hierro o al elemento oxígeno, lo
perimental que tiene por objeto que no quita para que el oro y
el estudio de la materia, de sus 2 el hierro tengan más en común
propiedades y de sus cambios ¿Qué es un elemento entre sí que con el oxígeno. En
de naturaleza. Toda la materia químico? general, se pueden dividir los
está formada por elementos DD nombre de elemento quí-
El elementos químicos en dos
químicos simples o por sus mico se debe al irlandés Robert grandes grupos: los metales
compuestos, cada cual con Boyle (1627-1691), que lo usó (que son los más abundantes) y
unas características diferencia- para denominar a aquella sus- los no metales. Boyle fue un pre-
les. En los procesos vitales está tancia que no se puede descom- cursor de la Química moderna,
presente la Química: desde la poner en otras más sencillas por pues para explicar las transfor-
célula hasta los organismos métodos químicos ordinarios. maciones químicas postuló la
superiores la actividad vital se Boyle afirmó que el número de existencia de partículas elemen-
basa en reacciones químicas en elementos químicos tenía que tales diferenciadas.
las que se transforma la mate- ser muy superior a los cuatro
ria y se intercambia energía. Y que se seguían admitiendo en 3
en nuestra actividad cotidiana aquellos tiempos y que habían ¿Cuántos elementos
hacemos uso de lo que la Quí- sido propuestos por Empédo- químicos hay?
mica aplicada nos ofrece: plás- cles (ca 500-430 AC): agua, DDHasta octubre de 2010 es-
ticos, ordenadores, baterías, aire, fuego y tierra. Un elemento taba aceptada oficialmente la
lámparas, agua potable, jabo- químico es una sustancia pura existencia de 112 elementos,
nes, detergentes, cosméticos, o especie química definida, cu- de los que solamente 92 tienen
perfumes, textiles, pinturas, yas propiedades intrínsecas lo presencia natural. El resto ha
combustibles, fertilizantes, me- diferencian de otros elementos. sido obtenido a partir de ellos
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5. anDalUCÍa innOVa. FEBRERO 2011
4 el elemento que se toma como
¿Cómo se les pone referencia. Ese número entero,
el nombre a los que determina su capacidad de
elementos? combinación, es lo que se cono-
DD vez contrastada la
Una ce como ‘valencia’ del elemen-
existencia del elemento por la to. Según esto, de la fórmula
Unión Internacional de Quími- del agua, H2O, se deduce que el
ca pura y aplicada (IUPAC), ésta oxígeno actúa con una valencia
invita a sus descubridores a 2 y de la fórmula del metano,
proponer un nombre, que debe CH4, se deduce que el carbono
basarse en un concepto mitoló- interviene con valencia 4. Hay
gico, un mineral, un lugar, una elementos que presentan una
propiedad o un científico. Junto sola valencia, mientras que
con el nombre, deben proponer otros tienen la posibilidad de
también el símbolo correspon- emplear varias. El concepto de
diente. La adjudicación de un valencia está relacionado con
símbolo a cada elemento fue su configuración electrónica
idea de Berzelius (1779-1848), externa (‘electrones de valen-
quien propuso que consistiese cia’) y con la posición que ocu-
en la inicial del nombre latino pan en la Tabla Periódica. Así,
del elemento, seguida, si se los elementos del grupo I (me-
producía repetición, por otra tales alcalinos) tienen valencia
letra incluida en dicho nom- 1 y los elementos del grupo II
bre. Por ejemplo, el símbolo (metales alcalinotérreos) tie-
del carbono es C, el del Cloro nen valencia 2.
Cl, el del calcio Ca… El símbolo
de un elemento es de aplica-
ción universal: es el mismo en
todos los idiomas, lo que ha 6
hecho posible que los químicos ¿Qué es un número
compartan la información. El
último elemento reconocido
atómico?
oficialmente es el 112, al que se DD Atómico significa relativo al átomo,
ha bautizado como Copernicio, la porción más pequeña en que puede
en homenaje a Copérnico, y dividirse un elemento químico mante-
en laboratorios como el GSI su símbolo es Cn. Durante el niendo sus propiedades. Se pensó que era
(Darmstadt, Alemania), donde periodo que transcurre desde indivisible y de ahí su nombre. Todos los
desde 1981 se han descubierto que se reconoce la existencia átomos están compuestos por un núcleo
seis nuevos elementos: bohrio, de un elemento hasta que se central en el que hay partículas con carga
hassio, meitnerio, darmstadtio, autoriza un nombre, se nombra eléctrica positiva, los protones, en torno al
roentgenio y copernicio. De terminando en “io” su número cual se mueven otras partículas con carga
todos los elementos conoci- atómico en latín y constituyen- eléctrica negativa: los electrones. El átomo
dos solamente tres han sido do su símbolo provisional un es eléctricamente neutro, ya que la carga
descubiertos por españoles: conjunto de tres letras que pro- de los protones está compensada por la de
el platino, el wolframio y el ceden de dicho nombre: así el los electrones. En todo átomo el número
vanadio. En 1735, Antonio de elemento 113 sería el Ununtrio de protones del núcleo es igual al de elec-
Ulloa descubrió el platino; en (símbolo Uut), el 114 el Unun- trones de sus orbitales, se llama ‘número
1783, los hermanos Juan José y cuadio (símbolo Uuq), etc, atómico’, es característico de cada ele-
Fausto Delhuyar descubrieron mento y es el ordinal de la casilla que ocu-
el wolframio (también llamado 5 pa en la Tabla Periódica. Excepto en un ca-
tungsteno) y en 1801 D. Andrés ¿En qué proporciones so (hidrógeno-1), en los núcleos atómicos
Manuel del Río descubrió el se unen unos hay también partículas neutras, denomi-
vanadio (primero bautizado co- elementos con otros? nadas neutrones, que aportan masa pero
mo eritronio). Uno de ellos era DD unen en función de las
Se no carga. Por eso, se da la circunstancia de
andaluz, el almirante D. Antonio ‘valencias’ que presentan. Un que puedan existir átomos de un mismo
de Ulloa y de la Torre Giral. elemento puede ser capaz de elemento, es decir, con el mismo número
Natural de Sevilla, descubrió reaccionar con un número en- atómico, pero con distinto número de neu-
el platino en Colombia y en un tero de átomos de hidrógeno trones (y, por consiguiente, distinta masa
principio lo llamó ‘platina’, pues o, alternativamente, ser susti- atómica). Como ocupan la misma casilla
se consideraba una impureza tuido por un número entero de de la Tabla se llaman isótopos.
de la plata. átomos de hidrógeno, que es
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6. 100 preguntas, 100 respuestas
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¿Qué es la masa
atómica? 9
DD masa de un átomo expre-
La ¿Existen átomos libres en la naturaleza?
sada en “uma” (unidad de masa
atómica) o “u”, también llama- DD la Naturaleza lo habitual es que los elementos se presenten for-
En
da Dalton (Da), la cual es igual mando combinaciones: solamente los gases nobles y los metales en es-
a la doceava parte de la masa tado gaseoso están constituidos por átomos aislados. Así, por ejemplo,
del átomo de carbono-12. en el aire encontramos a los elementos oxígeno y nitrógeno formando
Tiene un valor aproximado de moléculas diatómicas (O2 y N2, respectivamente), pero también en-
1,6605·10-27 kg. A la masa ató- contramos combinaciones como el dióxido de carbono (CO2) y el agua
mica de un elemento contribu- (H2O), presente en forma de vapor. Mediante las reacciones químicas,
yen proporcionalmente todos unos átomos se enlazan con otros para dar sustancias de naturaleza
los isótopos del mismo. A efec- diferente a la de cada uno de los elementos que las componen y a su
tos prácticos, la masa atómica vez unos compuestos pueden reaccionar con otros dando nuevos com-
viene a ser aproximadamente puestos con propiedades distintas a las de cada una de las entidades
igual a la suma de las masas reaccionantes. En estas uniones, la fuerza que se establece entre los
de los protones y neutrones, átomos, ya sean del mismo elemento o de elementos distintos, cons-
ya que la de los electrones es tituye un enlace químico. La reactividad o tendencia a reaccionar de
muy pequeña. Al hidrógeno-1, un elemento está relacionada con la estructura de los electrones más
que tiene un electrón y un pro- alejados del núcleo.
tón, se le asignaría una masa
unidad, y así se tendrían las
masas de los demás elementos.
El helio-4 tiene dos protones
y dos neutrones, por lo que su
masa atómica sería 4. Para los
cálculos se utiliza mucho el
concepto de átomo-gramo, que
es la masa atómica expresada
en gramos.
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¿Qué es la Tabla
Periódica?
DD Tabla Periódica de los
La
elementos presenta a todos
ellos organizados según el
orden creciente de sus núme-
ros atómicos. Se llama perió-
dica porque transcurrido un
‘periodo’ (un cierto número
de casillas) los elementos se
agrupan en una nueva fila y se
van formando así columnas
(grupos o familias) en las que
se sitúan elementos con pro-
piedades químicas parecidas.
Así, por ejemplo, a la izquierda
se sitúan los metales ligeros, en
el centro los metales pesados
y a la derecha los no metales.
La primera Tabla se publicó en
1869 y se debe a Mendeleiev
(1834-1907). Utilizó para cons-
truirla los 63 elementos cono- que los huecos correspondían los quince años siguientes, se
cidos hasta el momento, pero a elementos aún no descubier- descubrieron dichos elementos
se percató de que una vez or- tos e incluso pronosticó sus y se constató que sus propieda-
denados quedaban tres huecos propiedades, basándose en las des coincidían con asombrosa
sin ocupar. Convencido de que que tenían los demás del mis- exactitud con las que Mende-
su idea era correcta postuló mo grupo. En el transcurso de leiev había predicho.
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7. anDalUCÍa innOVa. FEBRERO 2011
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¿Qué es una fórmula química?
DD su versión más sencilla es una expresión alfanumérica que se utiliza para indicar la composición de una sus-
En
tancia química y que se construye a partir de los símbolos de sus elementos constituyentes, afectados por subín-
dices numéricos que informan del número de átomos de cada elemento que entra a formar parte de la sustancia
en cuestión. Para simplificar, existe el acuerdo de que cuando un elemento no lleva subíndice debe entenderse
que sólo hay un átomo de él en la sustancia. Así, por ejemplo, cuando se escribe que el agua es H2O esto quiere de-
cir que se trata de un compuesto químico formado por dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O), al igual
que cuando se dice que la fórmula del ácido sulfúrico es H2SO4 debemos entender que está formado por hidróge-
no (H), azufre (S) y oxígeno (O) y que además por cada átomo de azufre hay cuatro de oxígeno y dos de hidrógeno.
También existen fórmulas desarrolladas que detallan además de la composición la estructura de la sustancia.
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¿Cómo se escribe una reacción química?
DD escribe en forma de ecuación, sustituyendo el signo de igualdad por una flecha que indica el sentido de la
Se
misma. Delante de cada fórmula se pone el número de unidades del elemento o del compuesto que intervienen
en la reacción, salvo cuando es la unidad, de manera que una vez completada, para cada elemento debe haber el
mismo número de átomos en ambos términos. Por ejemplo, para indicar que cuando el carbono (C) se quema en
presencia del oxígeno del aire (O2) se forma dióxido de carbono (CO2), se escribiría: C + O2 p CO2. Si queremos es-
cribir la reacción entre el hidrógeno (H2) y el oxígeno (O2) para formar agua (H2O), pondremos: 2 H2 + O2 p 2 H2O. Y
si queremos describir que la piedra caliza (carbonato de calcio: CaCO3) se descompone por el calor dando cal viva
(óxido de calcio: CaO) y dióxido de carbono (CO2), tendríamos: CaCO3 p CaO + CO2.
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¿Qué es un mol?
DD mol es la unidad para expresar la cantidad de sustancia en el Sistema Internacional de unidades (SI) y es el
El
resultado de expresar la masa atómica de un elemento o la masa molecular de un compuesto en gramos. Así, para
estos últimos, primero se calcula la masa molecular sumando las masas atómicas de cada elemento participante,
multiplicada por el número de veces que aparece, y el número resultante se expresa en gramos. El mol es la cantidad
de sustancia que contiene tantas partículas (átomos, moléculas, iones, etc.) como existen en 12 g del isótopo de car-
bono 12. Un mol de cualquier compuesto contiene siempre una cantidad de moléculas igual al número de Avogadro
(6,02.1023). Se utiliza mucho para efectuar los cálculos químicos. Por ejemplo, en la reacción CaCO3 p CaO + CO2, 1
mol de CaCO3 (100 g) origina 1 mol de CaO (56 g) más 1 mol de CO2 (44 g), cumpliéndose el principio de la conser-
vación de la materia. También se utiliza en cálculos en que intervienen concentraciones, y se dice que una concentra-
ción es 1 molar cuando un litro de la disolución contiene un mol de la sustancia en cuestión.
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8. 100 preguntas, 100 respuestas
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¿Qué es un nanomaterial?
D El prefijo ‘nano’ se refiere a las dimensiones: un nanómetro (nm) es la millonésima
parte de un milímetro (mm). Los nanomateriales son todos aquellos materiales que al
menos en una de sus dimensiones son inferiores a 100 nm. El enorme interés creado por
estos materiales tiene su origen en las propiedades que presentan, en general muy su-
periores, y a menudo diferentes, cuando se comparan con las de los mismos materiales
a tamaños mayores. Esas propiedades se deben a tres características comunes a todos
ellos: el pequeño tamaño de partícula, el elevado porcentaje de fracción atómica en un
entorno interfacial y la interacción entre las distintas unidades estructurales. Sus posi-
bles aplicaciones tecnológicas han provocado que la industria de todo el mundo intente
actualmente capitalizar el uso de estos prometedores materiales. Muchos han sido ya
obtenidos industrialmente (cerámicas, metales, aleaciones, semiconductores y ‘composi-
tes’), en la mayoría de los casos con un carácter experimental y de desarrollo. Pero exis-
ten también materiales nanoestructurados incorporados a algunos productos existentes
en el mercado, como por ejemplo abrasivos para pulir, ignífugos, fluidos magnéticos, en
grabación magnética, cosmética, etc.
14 drógeno... pero los covalentes, o más sustancias comparten
¿Cómo se forman los iónicos y metálicos, son los que una misma fórmula se dice de
enlaces químicos? almacenan más energía y, por ellas que son isómeras. Cuando
DD estructuras electrónicas
Las tanto, necesitan más energía se toman en consideración los
más estables son las de los para romperse. Los enlaces ángulos de enlace, se ve que las
gases nobles, que son los ele- iónicos son frecuentes en los estructuras son tridimensio-
mentos menos reactivos. Todo materiales minerales, mientras nales y pueden existir muchos
elemento tiende a alcanzar que los covalentes predominan tipos de isomerías.
la configuración electrónica en los de origen biológico.
más estable o ‘de gas noble’. 16
Algunos átomos, los electro- 15 ¿De qué están hechos
positivos, lo hacen cediendo ¿Todas las sustancias los seres vivos?
electrones hasta completar la que tienen la misma DD Todos sus tejidos contienen
configuración más estable, con fórmula son iguales? carbono (C), hidrógeno (H) y
lo que quedan con un defecto DD fórmulas abreviadas o
Las oxígeno (O), siendo los com-
de carga negativa. Otros, los empíricas solamente indican puestos mayoritarios agua,
electronegativos, capturan qué elementos están presentes glúcidos, prótidos y lípidos.
electrones y quedan con un en un compuesto y cuáles son Son glúcidos los polisacáridos,
exceso de carga negativa. Las sus proporciones relativas, cadenas lineales (como la ce-
entidades así formadas se pero nada más. Por ejemplo, la lulosa) o ramificadas (como el
denominan iones: cationes si fórmula C2H6O nos indica que glucógeno) de azúcares senci-
la carga resulta positiva (+) y la sustancia está formada por llos (como la glucosa), así como
aniones si es negativa (-). Entre dos átomos de carbono y seis las entidades que resultan de
ambas partículas cargadas de hidrógeno por cada uno de su hidrólisis (rotura con adición
puede establecerse un enlace oxígeno, pero no indica de qué de agua). Además de carbono,
iónico. En otras ocasiones, dos forma se unen los átomos. Si oxígeno e hidrógeno, todos los
átomos comparten pares de representáramos los enlaces prótidos contienen nitrógeno
electrones y quedan enlazados por líneas (-) para este caso y algunos azufre (S); pertene-
formando una molécula, de particular, como sabemos que cen a este grupo las proteínas,
manera que la configuración de frente al hidrógeno el oxígeno como la hemoglobina o el
la nube electrónica que ahora actúa normalmente con valen- colágeno, cadenas formadas
rodea a los dos núcleos resulta cia 2 y el carbono con valencia por unos compuestos denomi-
más estable. Los electrones 4, podríamos escribir dos com- nados aminoácidos y también
compartidos pueden proceder puestos diferentes: CH3-CH2- las fracciones menores proce-
de ambos átomos, enlace cova- OH y CH3-O-CH3. El primero de dentes de ellas (peptonas, pép-
lente, o de uno solo de ellos. En ellos es el etanol o alcohol etíli- tidos, aminoácidos). Los lípidos
este último caso se dice que el co, mientras que el segundo es contienen carbono, hidrógeno
enlace es covalente coordina- el éter dimetílico, dos sustan- y oxígeno, y algunos además
do. Hay más tipos de enlaces: cias con naturalezas y propie- nitrógeno o fósforo. Salvo
metálico, por puentes de hi- dades diferentes. Cuando dos excepciones no se presentan
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9. anDalUCÍa innOVa. FEBRERO 2011
cidad de unirse entre sí y con
otros muchos elementos.
Hay compuestos de carbono
e hidrógeno, los hidrocarbu-
ros alifáticos, en los que los
átomos de carbono se unen
mediante uno, dos o tres en-
laces formando cadenas: por
ejemplo, el enlace es simple
en el etano (CH3-CH3), doble
en el etileno (CH2=CH2) y triple
en el acetileno (CHΞCH). Estos
tres son gases, pero cuando
aumenta el número de átomos
(y por tanto la masa atómi-
ca) van apareciendo líquidos
(como las gasolinas) y hasta
sólidos (como las parafinas).
En las moléculas con enlaces
dobles y triples hay electro-
nes deslocalizados que les
confieren una especial reac-
tividad. Por otra parte, en los
hidrocarburos aromáticos los
átomos de carbono se asocian
entre sí y con otros elementos
formando estructuras cícli-
cas que contienen electrones
formando cadenas y los más jugos gástricos, el sodio (Na) deslocalizados. La capacidad
abundantes son los glicéridos y el potasio (K) de fluidos y de formar compuestos es, por
(como la trioleína del aceite tejidos, el magnesio (Mg) de la tanto, enorme. Si se introdu-
de oliva) combinaciones de la clorofila, el cobalto (Co) de la cen nuevos elementos, como
glicerina con ácidos grasos. vitamina B12, etc. el oxígeno, la diversidad au-
Además de estos elementos menta y encontramos alcoho-
están el calcio (Ca), que forma 17 les, ácidos, azúcares, grasas…
parte de los huesos y de la ¿Por qué el carbono Y si además está presente el
leche, el azufre (S), que puede da tantos compuestos nitrógeno más aún: aminas,
encontrarse en huevos y pelo, distintos? aminoácidos, proteínas... to-
el hierro (Fe) de la sangre y del DD átomos de carbono,
Los dos los cuales pueden a su vez
músculo, el cloro (Cl) de los tetravalente, tienen la capa- dar lugar a nuevos derivados.
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10. 100 preguntas, 100 respuestas
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¿Pueden obtenerse compuestos biológicos artificialmente?
DDprincipios del siglo XIX se sabía que las sustancias orgánicas se podían transformar en sustancias in-
A
orgánicas, pero no a la inversa, pues se creía que los compuestos ‘orgánicos’ sólo los podían sintetizar los
seres vivos. Esta afirmación quedó en evidencia a partir de la síntesis de la urea [(NH2)2 CO] en el laboratorio,
primero en 1826 por Wöhler (1800-1882) a partir de cianato amónico y luego por su discípulo Kolbe (1818-
1884), partiendo de sus elementos constituyentes. Durante la década de 1850 Berthelot (1827-1907) efec-
tuó sistemáticamente la síntesis de alcohol metílico, alcohol etílico, metano, benceno y acetileno; también
obtuvo una grasa, la triestearina, a partir de glicerol y ácido esteárico, que resultó ser idéntica a la natural.
Desde entonces no han existido límites para la síntesis de compuestos cada vez más complejos y semejantes
a los naturales. Las técnicas que se fueron desarrollando también abrieron el camino a la elaboración de
sustancias no presentes en la Naturaleza y con propiedades singulares, como colorantes, medicamentos,
aromas, nuevos materiales, etc.
19 20 reacciones que se dan en fase
¿Es lo mismo carbón ¿De verdad un gaseosa, otras en fase sólida,
que carbono? diamante es para otras en fase acuosa… Para que
DD el carbón contiene otras
No, siempre? se den algunas reacciones es
sustancias además de carbono, DD entre las formas natura-
De preciso que se aporte energía,
pero el carbono puede encon- les del carbono y en contra de mientras que otras despren-
trarse puro en la Naturaleza. El lo que pudiera pensarse, desde den energía. Por otra parte
diamante es carbono puro en el punto de vista termodinámi- hay que tener en cuenta la
el que los átomos se unen fuer- co la más estable es el grafito. velocidad con que transcurren
temente para formar un cristal La evolución de diamante las reacciones. Por lo general,
tridimensional de gran dureza. hacia grafito es un proceso es- al aumentar la temperatura
El grafito también es carbo- pontáneo, ya que siempre hay aumenta la velocidad. También
no puro y en él los átomos se una tendencia a la conversión hay sustancias, denominadas
disponen formando láminas hacia una forma de máxima catalizadores, cuya presencia
muy delgadas superpuestas estabilidad. Ahora bien, a tem- acelera la velocidad de una
en las que los átomos se unen peratura y presión ambiente reacción sin que se aprecie
covalentemente formando la velocidad con la que dicha que participen en ellas, pues
hexágonos. Cada una de estas transformación transcurre es permanecen inalteradas al
láminas, transparentes y com- extremadamente lenta, al estar final de las mismas. Un grupo
pactas, es lo que se conoce implicados átomos de carbono particularmente importante
como grafeno. También existen que están rígidamente enla- para nosotros lo constituyen
otras estructuras esferoidales zados y por ello con muy poca los enzimas, catalizadores de
constituidas solo por carbono, movilidad, por lo que pueden las reacciones biológicas. Son
los fulerenos, en las que sus pasar miles de años hasta ver ellos los que hacen posible, por
átomos se unen formando algún cambio apreciable. Por ejemplo, que en los seres vivos
hexágonos y pentágonos. El tanto la cinética química salva se den continuamente las reac-
más popular es el buckmins- a los joyeros y usuarios de las ciones vitales, en unas condi-
terfulereno o buckybola o amenazas de la termodinámi- ciones particularmente suaves
futboleno, con forma de balón ca, de manera que, en nuestra de temperatura y presión.
de fútbol. Las asociaciones escala temporal ‘un diamante
de fulerenos o los grafenos es para siempre’ y nos librare- 22
cilíndricos dan interesantes mos de ver cómo una preciada ¿Qué es una proteína
estructuras conocidas como joya acaba convirtiéndose en desnaturalizada?
nanotubos. Aunque los fulere- una vulgar mina de lápiz. DD dice que una proteína
Se
nos ya se habían encontrado está desnaturalizada cuando
en rocas y meteoritos, en julio 21 su estructura tridimensional
de 2010 se identificó en una ¿Qué hace falta para (espacial) se ve alterada por
nebulosa planetaria, por lo que que se dé una reacción? algún motivo (calor, agentes
se ha comenzado a especular DD por supuesto, indispen-
Es, químicos, etc.). Una proteína
si podrían haber transportado sable que estén presentes desnaturalizada tiene propie-
en su interior hasta la Tierra, todas las sustancias que van dades distintas de la misma
sustancias que dieran origen a a reaccionar (los reactivos), proteína en estado nativo. Lo
la vida. en un medio adecuado: hay vemos cuando calentamos el
10

11. anDalUCÍa innOVa. FEBRERO 2011
huevo: la clara, que era líquida y
transparente, se vuelve sólida y
blanca a causa de la desnatura- 24
lización de la ovoalbúmina. En ¿Qué es un enzima?
otros casos, el calentamiento
tiene como resultado el ablan- DD Todos los enzimas tienen una parte de proteína y otra que puede serlo o no. La
damiento de tejidos: cuando se porción proteínica tiene una estructura espacial que puede fijar a la molécula sobre
guisa una carne, el tejido con- la que tiene que actuar (sustrato) en una posición determinada, de manera que la
juntivo formado por la proteína parte que tiene que reaccionar quede enfrentada a la porción del enzima que tiene
denominada colágeno se des- la actividad catalítica. Por tanto, es efectivo siempre y cuando estén presentes am-
naturaliza dando gelatina, con bas porciones del enzima y la fijación sea la correcta, lo cual depende de la estruc-
lo que el resultado neto es una tura tridimensional de la porción proteica (que depende del grado de hidratación o
carne más comestible. Como de que la proteína esté desnaturalizada o no), así como de la estructura del sustrato.
los enzimas tienen una parte Su selectividad determina que pueda funcionar sobre un isómero y no sobre otro: el
de proteína, si no se desea que almidón y la celulosa son dos polímeros compuestos por unidades del azúcar gluco-
actúen se puede desnaturali- sa unidas formando cadenas. Cuando ingerimos alimentos que contienen almidón,
zar: los sólidos suspendidos del las enzimas de la saliva (llamadas diastasas o amilasas) comienzan a romper sus
zumo de naranja se depositan cadenas con ayuda del agua de la saliva (hidrólisis enzimática), por lo que tras mas-
debido a la acción del enzima ticar pan durante un rato notamos el sabor dulce. Pero estas enzimas no degradan
pectínesterasa, por lo que si se la celulosa (que se diferencia del almidón únicamente en la disposición espacial del
desea mantener la turbiedad enlace), por lo que los seres humanos no podemos digerirlas, mientras que los ru-
hay que inactivar el enzima ca- miantes sí (porque disponen del enzima celulasa).
lentando.
23
¿Qué es un abono NPK?
DD fertilizante que contiene
Un
nitrógeno (N), fósforo (P) y
potasio (K). La composición de
estos abonos ternarios, NPK,
se expresa mediante tres nú-
meros que indican las propor-
ciones de los tres nutrientes:
el primer número se refiere
al nitrógeno, el segundo al
fósforo y el tercero al potasio.
Ahora bien, las cifras no se
corresponden directamente
con los porcentajes de cada
elemento, pues el nitrógeno va
expresado como N2 , el fósforo
como pentóxido (P 2O5) y el po-
tasio como óxido (K 2O). Hacia
1840 y gracias al trabajo de
Liebig (1803-1873) y otros, se 25
supo que las plantas necesi- ¿Son muy importante los enzimas para la vida?
taban que el suelo contuviera
estos tres elementos en forma DD Muchísimo. Sin ir más lejos, nuestro propio cuerpo es un reactor bioquímico en
fácilmente asimilable, para el que se dan, dentro de un intervalo de temperaturas relativamente estrecho, todas
poder construir sus tejidos. El las reacciones vitales y que están gobernadas por la acción de diferentes enzimas.
otro elemento indispensable, Este sinfín de procesos químicos en los que intervienen enzimas no tendría lugar si
el carbono (C) lo pueden tomar éstos no actuaran. Hoy día se sabe que muchas vitaminas del grupo B, hidrosolubles,
del dióxido de carbono (CO2) necesarias para una vida saludable, son coenzimas (las porciones catalíticas de al-
presente en la atmósfera. gunos enzimas) que en asociación con determinadas proteínas llevan a cabo ciertas
Por supuesto que las plantas reacciones vitales. Como nuestro organismo no puede sintetizarlos, hay que ingerir-
necesitan disponer de otros los con los alimentos, pues si no están presentes esas reacciones no pueden llevarse
elementos (oligoelementos) en a cabo. Igual sucede en otros tipos de reacciones químicas, como las fermentacio-
proporciones menores, pero nes. En otras ocasiones los grupos prostéticos de las proteínas son algunos metales,
éstos suelen acompañar como que si no están presentes o se encuentran en una forma química no disponible, im-
impurezas a los mayoritarios o piden también la acción enzimática.
al agua de riego.
11

12. 100 preguntas, 100 respuestas
26
¿Son necesarios los fertilizantes
químicos?
DD Dentro del ciclo vital natural, hojas, frutos y semillas
caen al suelo devolviendo lo que la planta tomó de él, pero
si se rompe el ciclo mediante la recolección, el suelo se
empobrece y tarda en reponerse. Por ejemplo, el fenómeno
de ‘vecería’ que se achaca al cultivo del olivar tiene esta
causa, ya que al retirarle la aceituna retiramos con ella los
nutrientes que necesita el árbol y si no se reponen la si-
guiente cosecha será inferior. Puesto que el carbono se fija
a partir del dióxido de carbono atmosférico, los tres ele-
mentos que deben aportarse indispensablemente son el
nitrógeno (N), el fósforo (P) y el potasio (K). Sin la utilización
de los fertilizantes químicos la producción agrícola no ha-
bría podido afrontar la alimentación de una población que
no cesa de crecer, lo que no sería posible únicamente con
abonos naturales como el estiércol. Además, por otra parte
la disponibilidad de suelo fértil prácticamente ha tocado
techo, a menos que se recurra a prácticas tan agresivas
como la deforestación. Eso sí, los fertilizantes han de apli-
carse de manera racional, aportando las dosis necesarias y
con la frecuencia adecuada.
27
¿Cómo se obtienen los abonos
químicos?
DD Pocos vegetales son capaces de fijar el nitrógeno at-
mosférico, por lo que hay que aportarlo en forma asimi-
lable. En un principio se utilizaba el guano, excrementos
de ave mineralizados de la costa oeste de Sudamérica,
que posteriormente fue desplazado por el nitrato de sodio
(NaNO3) de los yacimientos del norte de Chile. Un subpro-
ducto de la fabricación del gas de alumbrado, el sulfato de
amonio [(NH4)2SO4] también se utilizó con esta finalidad,
pero la verdadera revolución se produjo cuando en 1913
Haber (1868-1934) hizo posible la síntesis industrial del
amoníaco (NH3) mediante la fijación química del nitróge-
no. El estallido de la Primera Guerra Mundial (1914-1918)
desabasteció a Alemania del nitrato de Chile por lo que el
proceso Haber se convirtió en la principal fuente de ácido
nítrico (HNO3) para obtener nitratos. Por otra parte, los
abonos fosforados se obtienen a partir de las rocas fos-
fáticas presentes en grandes yacimientos y constituidas
principalmente por fosfato tricálcico [Ca3(PO4)2], por tra-
tamiento con ácido sulfúrico (H2SO4) hasta lograr el nivel
de degradación deseado.
12

13. anDalUCÍa innOVa. FEBRERO 2011
28
¿Qué son los productos
agroquímicos?
DD productos que contri-
Son
buyen a que las plantas tengan
un estado saludable. Al igual
que los seres humanos, las
plantas pueden sufrir trastor-
nos y enfermedades. Si les falta
algún nutriente que no puedan
sintetizar, los vegetales sufren
una carencia que se manifiesta
por diversos síntomas, los cua-
les cesan cuando se les aporta
el nutriente en defecto. Pero
también pueden sufrir enfer-
medades, cuyo origen suele ser
biológico y que normalmente
afectan a una extensión de cul-
tivo (las plagas). Las plagas son
el equivalente a las epidemias
que se dan en el Reino animal
y sus consecuencias pueden
ser nefastas. Al igual que noso-
tros tomamos medicinas para
curarnos, las plantas se tratan
con productos plaguicidas que
atacan a los agentes causantes
de la enfermedad. Y al igual que
nos vacunamos para prevenir
enfermedades, las plantas se
pueden tratar con productos
fitosanitarios para evitar el ata-
que de patógenos. En el caso de
las materias primas alimenta-
rias se estima que sin el empleo
de productos agroquímicos las
pérdidas en algunas cosechas
podrían alcanzar hasta el 40%.
Eso sí, los productos han de ser
inocuos para los humanos y
deben aplicarse con dosis y fre-
cuencias apropiadas.
29
¿Cómo se inventó la
fotografía?
DD el siglo XVIII un científico
En
italiano, Angelo Scala, observó
que al exponer al sol el nitrato
de plata se oscurecía. En 1727
Schulze también lo advirtió,
probó a pegar en el frasco unas
tiras de papel y vio que solo se
oscurecían las partes en que no
había papel, descartando que
el fenómeno se debiera al calor.
Experimentos parecidos los re-
pitió Thomas Wedgwood en el
siglo XIX e incluso hizo uso de
una cámara oscura para obte-
13

14. 100 preguntas, 100 respuestas
ner imágenes, sin mucho éxito.
Fue en 1839 cuando Daguerre
empleó yoduro de plata para 31
captar las imágenes y tiosulfato ¿Hay cauchos artificiales?
sódico para eliminar el yoduro
de plata no alterado y ‘fijar’ las DD caucho es un exudado de una planta, el árbol del caucho, y fue a dado
El
imágenes. Logró así reproduc- a conocer en Europa por La Condamine en 1740. Mackintosh, en 1823, lo
ciones de buena calidad en una utilizó para impermeabilizar telas (gabardinas), pero el resultado no era
escala de grises, a las que se satisfactorio, pues sus propiedades se veían afectadas por la temperatura y
llamó daguerrotipos. El mis- por la humedad. En 1839 Goodyear logó mejorar su comportamiento al ca-
mo año, William Henry Talbot lentar caucho natural con azufre, procedimiento que se conoce como vulca-
presentó a la Royal Institution nización, dependiendo las propiedades del caucho vulcanizado de la propor-
de Londres su sistema positivo- ción de azufre añadido. La demanda de caucho creció espectacularmente
negativo. En 1847, Niepce co- cuando se comenzaron a fabricar automóviles y el estallido de la Segunda
menzó a utilizar placas de vidrio Guerra Mundial puso en evidencia la fragilidad del suministro, por lo que
recubiertas de una emulsión de comenzaron a fabricarse cauchos sintéticos, como el neopreno, adaptados
compuestos de plata en clara a las necesidades específicas. El conflicto bélico también propició la síntesis
de huevo, pero presentaba in- de otros polímeros, como los acrílicos (metacrilatos), que son transparentes
convenientes. Fue Eastman el y resistentes a los impactos, por lo que eran idóneos para ciertas partes de
que desarrolló las emulsiones los aviones, como ventanillas y torretas de radar o de ametralladoras. Du-
de bromuro de plata en gelatina rante este conflicto Alemania dependió casi por completo de la industria
y sustituyó el soporte por celu- química.
loide, con lo que nació el carrete
fotográfico.
30
¿De dónde se obtienen
los polímeros
sintéticos?
DD principio del carbón y
Al
actualmente del petróleo. La
fabricación de gasolinas por
rotura (craqueo) de las grandes
cadenas de hidrocarburos del
petróleo, deja compuestos con
cadenas carbonadas cortas (C2
a C4). Estas fracciones ligeras
se comenzaron a aprovechar
en Estados Unidos hacia 1930,
pero en Europa se comenzó
mediado el siglo XX. Con el naci-
miento de la industria petroquí-
mica se originó una bajada de
los precios de los polímeros ob-
tenidos a partir de estas sustan-
cias sencillas. Este hecho, junto
con el desarrollo por Ziegler y 32 cloruro de polivinilo (PVC) pue-
Natta de nuevos catalizadores ¿Todos los polímeros de hacerse más o menos plásti-
organometálicos (compuestos son plásticos? co por adición de una sustancia
orgánicos que contienen me- DD todos, pues dependiendo
No plastificante y podemos encon-
tales pesados), trajo consigo un de su elasticidad se clasifican trarlo desde en películas hasta
incremento de aplicaciones y en elastómeros, plásticos y fi- en tuberías. Por otra parte, los
consumo. Últimamente y debi- bras. En general los polímeros polímeros ramificados, como
do a los problemas derivados lineales son termoplásticos y las espumas de poliuretano o
de la acumulación de residuos no se descomponen al calentar, las resinas epoxi, se descompo-
no biodegradables, se está por lo que se pueden moldear. nen al calentar. Dependiendo
prestando atención a polímeros, De este tipo son el polietileno de su composición se pueden
como el ácido poli-láctico (PLA), (PE), polipropileno (PP), polies- obtener polímeros con una
que puede obtenerse a partir tireno (PS), policarbonato (PC), gran diversidad de propieda-
de los hidrolizados de residuos politereftalato de etileno (PET), des, de manera que en nuestro
ricos en almidón o en celulosa. metacrilato de polimetilo… El día a día los tenemos presentes
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15. anDalUCÍa innOVa. FEBRERO 2011
en lámparas y enchufes, gafas o por DuPont como Dacron® termoplástico, transparente
y lentes, juguetes, ropa, pin- son tereftalato de polietilén y flexible, que no es explosivo,
turas, envases y envolventes, glicol en las que los monó- aunque sí inflamable. Por eso a
bolígrafos y ordenadores, mue- meros se disponen de una principios del siglo XX comen-
bles, automóviles, utensilios de manera regular. Sin embargo, zó a sustituirse por acetato de
cocina, accesorios de baño… A en pinturas plásticas como las celulosa, más seguro, aunque
veces van solos y otras forman formadas por emulsiones de ‘celuloide’ y ‘película’ quedaron
parte de materiales compues- acetato de vinilo copolimeri- como sinónimos. También la
tos, como en los envases de zado con etilhexilacrilato, los celulosa fue el punto de parti-
leche. monómeros se distribuyen da para las primeras fibras tex-
aleatoriamente en la cadena. tiles no naturales, obtenidas
33 También existen copolímeros mediante tratamiento químico.
¿Son iguales todas en la naturaleza, como las Cross y Bevan trataron celulo-
las unidades de un proteínas, cuyas cadenas se sa con disulfuro de carbono y
polímero? forman a partir de diferentes álcali, obteniendo ‘viscosa’, que
DD Todos los polímeros son aminoácidos. una vez presionada a través de
macromoléculas, lineales o unos orificios muy finos y pasa-
ramificadas, constituidas por 34 da por un baño ácido, dio lugar
compuestos químicos sen- ¿Tienen algo que ver al rayón, fibra con propiedades
cillos, que se llaman monó- el celuloide con la muy parecidas a las de la se-
meros, enlazados entre sí. La celulosa? da. Más tarde Carothers, que
denominación de copolímero DD celuloide es un derivado
El trabajaba para DuPont, desa-
se reserva para aquellos po- de la celulosa desarrollado rrolló un polímero artificial, el
límeros cuyas cadenas están por Hyatt en 1869 al tratar la poliéster, al que siguió el nylon,
constituidas por más de un nitrocelulosa con alcanfor. La una poliamida que se empezó
monómero distinto. En un co- nitrocelulosa había sido descu- a comercializar en 1940 y que
polímero los monómeros pue- bierta por Schönbein en 1845 con la entrada de los Estados
den estar dispuestos de una y resultó ser un potente explo- Unidos en la II Guerra Mundial,
manera regular o al azar. Por sivo, por lo que también se la desplazó a la seda procedente
ejemplo, las fibras comerciali- conocía como ‘algodón pólvo- de Japón en la fabricación de
zadas por ICI como Terylene® ra’. El celuloide es un material medias… y de paracaídas.
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16. 100 preguntas, 100 respuestas
35 mas Adams para ver si se podía siguieron los de isobutileno,
¿Tiene algo que ver el utilizar como sustituto del cau- acetato de polivinilo, laurato
chicle con el caucho? cho. Viendo que no era viable, de polivinilo y copolímeros
DD nombre chicle procede
El Adams decidió cortarlo en tiras butadieno-estireno y butadie-
de la goma de látex del chico- y venderlo como goma de mas- no-isopreno. Pero además de la
zapote (Achras zapota), planta car, marcando el nacimiento de goma base, en la formulación
selvática centroamericana. Se la Adams N. Y. Chewing Gum. de un chicle moderno pueden
cuenta que el presidente de Este chicle fue desplazado por entrar entre 15 y 30 ingredien-
México Antonio López de Santa polímeros sintéticos en los tes distintos: edulcorantes,
Ana (1797-1876) entregó unas años 40. Primero fueron polí- saborizantes, emulgentes,
muestras de esta goma a Tho- meros de isopreno, a los que humectantes, colorantes y an-
agephOtOstOCk
38
¿Son productos químicos las medicinas?
DD supuesto que sí, como todas las sustancias conocidas y por conocer. Si hay un medicamento famoso es la
Por
Aspirina®, ácido acetil salicílico, sintetizado con gran pureza por Félix Hoffmann, químico de Bayer, en 1897. Ante-
riormente se sabía que la corteza del sauce blanco era efectiva frente a la fiebre, y J. Büchner en 1828 aisló de ella un
principio activo que llamó salicilina, el cual fue desdoblado por R. Piria en 1838 en azúcar y ácido salicílico. Aunque C.
F. Gerhardt ya había sintetizado en 1853 el ácido acetil salicílico por un complicado procedimiento, Hoffmann consi-
guió un producto con menos efectos secundarios y mayor estabilidad partiendo del alquitrán de hulla. Muchos fue-
ron los productos farmacéuticos que se sintetizaron a partir de entonces y hoy día se está en condiciones de fabricar
medicamentos ‘a la medida’ a partir del conocimiento de las estructuras químicas de los principios activos.
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17. anDalUCÍa innOVa. FEBRERO 2011
tioxidantes. Los humectantes 36 Benning, Plunkett y Rebok cuan-
impiden que la goma se seque ¿Qué llevan las do intentaban obtener un nuevo
en exceso y quede dura. Los sartenes para que no se Freon® (fluido utilizado en los
emulgentes dan una textura pegue la comida? circuitos de refrigeración, en
suave y permiten que al masti- DD nombre es politetrafluo-
Su los frigoríficos y en aerosoles) a
car la mezcla sea homogénea. retileno (PTFE) y comenzó a ser base de tetrafluoretileno (TFE).
Y también pueden añadirse comercializado por DuPont con Observaron que al día siguiente
ingredientes especiales con al- el nombre Teflon® a mediados de envasarlo el recipiente no
gún tipo de actividad beneficio- del siglo XX. Fue descubierto tenía presión en su interior, pero
sa: flúor, vitaminas, sustancias accidentalmente a principios de tampoco había variado su peso.
para prevenir el mareo… 1938 por el equipo formado por Cuando cortaron el cilindro ha-
llaron un sólido blanco y cuando
intentaron limpiarlo vieron que
39 no se disolvía en ninguno de los
disolventes habituales. Dedu-
¿Qué son los biomateriales? ciendo que se había producido
una polimerización espontánea,
DD sentido amplio un biomaterial sería un material diseñado para actuar con
En lo sometieron a ensayos que
sistemas biológicos con el fin de evaluar, tratar, aumentar o reemplazar algún pusieron de manifiesto sus
tejido, órgano o función del cuerpo. Los biomateriales están destinados a la fabri- propiedades desusadas. Por su
cación de componentes, piezas o aparatos y sistemas médicos para su aplicación resistencia química y térmica,
en seres vivos. Deben ser biocompatibles: se llaman bioinertes a los que tienen una así como por su bajo coeficiente
influencia nula o muy pequeña en los tejidos vivos que los rodean, mientras que de rozamiento tiene numerosas
son bioactivos los que pueden enlazarse a los tejidos óseos vivos. Los biomateriales aplicaciones: cojinetes, válvulas,
pueden ser de origen artificial, (metales, cerámicas, polímeros) o biológico (colá- material de laboratorio…
geno, quitina, etc.). Atendiendo a la naturaleza del material artificial con el que se
fabrica un implante, se puede establecer una clasificación en materiales cerámicos, 37
metálicos, poliméricos o materiales compuestos. Los biomateriales poliméricos ¿Se han descubierto
son ampliamente utilizados en clínicas, en implantes quirúrgicos, como en mem- muchos productos
branas protectoras, en sistemas de dosificación de fármacos o en cementos óseos químicos por
acrílicos. Los metálicos se usan cuando es imprescindible soportar carga, como casualidad?
ocurre en las prótesis de cadera, para las que se utilizan aleaciones de cobalto (Co) DDpor casualidad se entien-
Si
con cromo (Cr) o de titanio (Ti) con aluminio (Al) y vanadio (V); el titanio también se de que buscando obtener una
usa en implantes dentales. Las biocerámicas se emplean en la fabricación de im- sustancia se forma otra y se
plantes que no deban soportar cargas, como es el caso de la cirugía del oído medio, investiga su composición, sus
en el relleno de defectos óseos tanto en cirugía bucal como en cirugía ortopédica y propiedades y el mecanismo de
en el recubrimiento de implantes dentales y articulaciones metálicas. formación, sí. Precisamente un
descubrimiento fortuito inició la
40 era de los colorantes sintéticos.
W.H. Perkin (1838-1907) estaba
¿De qué están hechos los materiales cerámicos? buscando sintetizar la quinina
(un medicamento eficaz contra
DD griegos usaban el término keramikos (sustancia quemada) para referirse
Los la malaria) pero obtuvo un re-
a los productos obtenidos por la acción del fuego sobre los materiales naturales. siduo sólido oscuro que al ser
Tradicionalmente el concepto de cerámica se ha asociado de forma general con disuelto en alcohol presentaba
objetos de arte, vajillas..., es decir, con cerámicas basadas en silicatos (compuestos una tonalidad púrpura y que
derivados de la sílice, SiO2). Aunque estos tipos de productos han tenido y siguen teñía la lana y la seda. Con solo
teniendo una gran importancia en la sociedad, existe una emergente familia de 18 años patentó la idea y montó
cerámicas, denominadas cerámicas avanzadas, que tienen propiedades mecánicas, una empresa para explotar su
eléctricas, térmicas, ópticas, magnéticas ó una resistencia a la corrosión/oxidación tinte (malva o mauveína), ob-
mayores que las cerámicas tradicionales. Estos compuestos son fundamentalmen- teniendo grandes ganancias.
te de dos tipos: cerámicas oxídicas, derivadas de óxidos de aluminio (Al2O3), circonio Posteriormente sintetizó otros
(ZrO2), etc. y no-oxídicas, como por ejemplo las de nitruro o carburo de silicio (Si3N4, tintes y perfumes y cuando te-
SiC). La mayoría de estos materiales tienen bajas conductividades y por ello se usan nía 36 años vendió la empresa
como refractarios con gran impacto en la industria química, metalúrgica y del y dedicó el resto de su vida a la
vidrio. Hay cerámicas estructurales (biocerámicas, recubrimientos, herramientas investigación en Química or-
de corte, componentes de motores, partes estructurales de aviones, automóviles, gánica. Y estas situaciones no
maquinaria...), cerámicas electrónicas/eléctricas (condensadores, aislantes, pie- solamente se presentan en la
zoeléctricos, sustratos, superconductores...) y cerámicas para procesado químico y Química, sino también en el res-
medioambiental (filtros, membranas, catalizadores, soportes para catalizadores...). to de las Ciencias: por ejemplo,
así se descubrió la penicilina.
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18. 100 preguntas, 100 respuestas
MOnOneUrOna.Org
41
¿Cómo se transmiten las señales nerviosas?
DD neuronas del sistema nervioso transmiten las señales por procedimien-
Las
tos químicos, emitiendo unas sustancias llamadas ‘neurotransmisores’ que
excitan o inhiben a las neuronas adyacentes. Se estima que pueden ser un
centenar de sustancias distintas. Las primeras en identificarse, entre 1930 y
1960, fueron aminas, a las que siguieron en los años 60 los aminoácidos como
el glutámico, el aspártico y la glicina (los principales neurotransmisores del
cerebro). Hacia 1970 se descubrió un tercer grupo, formado por péptidos (ace-
tilcolina, serotonina, dopamina…) y los más recientemente identificados son 43
dos gases conocidos por ser contaminantes ambientales: el óxido nítrico (NO) ¿Qué gas llevan los
y el monóxido de carbono (CO). Por ejemplo, el NO interviene en el sistema ner- refrescos?
vioso involuntario, en los procesos inflamatorios o en la regulación del tránsito DD gas que llevan las bebidas
El
sanguíneo, mientras que el CO endógeno interviene en los procesos de me- refrescantes es dióxido de car-
morización y aprendizaje y en el control de la respiración, sobre todo cuando el bono (CO2), que se incorpora
nivel de oxígeno en sangre es bajo. disuelto en agua cuando se
diluye el producto base con-
42 centrado. Los gases son más
solubles a temperaturas bajas,
¿Es un contaminante atmosférico el dióxido siendo la concentración de
saturación a 0ºC próxima al
de carbono? 0,6 %. La cerveza fría se satura,
DD dióxido de carbono (CO2) es un gas presente de manera natural en la at-
El antes de envasar, con el dióxido
mósfera y que está relacionado con los procesos vitales. Los seres vivos cuando de carbono recuperado de la
respiramos ‘quemamos’ las materias orgánicas con el oxígeno atmosférico y fermentación con levaduras
desprendemos CO2, pero las plantas verdes toman este gas y con ayuda de la del mosto. En el cava, el dióxi-
luz lo transforman en materia orgánica, que nos sirve de alimento a los seres do de carbono es el que se ha
heterótrofos. Ahora bien, el dióxido de carbono también se produce cuando se generado durante la fermen-
queman materias carbonadas, como el carbón, la madera o los combustibles tación en la propia botella (en
fósiles (gases licuados del petróleo, gas natural, gasolina o gasóleo). Si su emi- los vinos ‘gasificados’ se añade
sión no se ve compensada adecuadamente por su fijación aumentaría su con- después, como en los refres-
centración en la atmósfera y contribuiría al calentamiento del Planeta, ya que al cos). El dióxido de carbono
no dejar disiparse la radiación infrarroja provoca el ‘efecto invernadero’, pues es también está en otros alimen-
el segundo gas atmosférico, tras el vapor de agua, que contribuye a dicho fenó- tos de textura esponjosa, como
meno. Por otro lado, al absorberse en el agua se forma ácido carbónico (H2CO3), el pan, en el cual proviene de
que podría influir en algunos ecosistemas, como los arrecifes de coral. la fermentación de la masa
con la levadura Saccharomyces
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19. anDalUCÍa innOVa. FEBRERO 2011
46
¿Qué es la lluvia ácida?
DD agua de lluvia formada en presencia
Es
de dióxido de azufre, el cual se oxida por el
oxígeno dando trióxido de azufre (SO3), que
origina ácido sulfúrico (H2SO4), corrosivo.
Corroe los metales y ataca a los monu-
mentos (el mármol es carbonato de calcio,
CaCO3) formando sulfato de calcio (CaSO4),
soluble en el agua de lluvia. También puede
atacar al papel, pues el fabricado a partir de
1750 contiene trazas de óxidos metálicos
que catalizan la conversión del dióxido en
trióxido de azufre, aunque los manuscritos
anteriores a esa fecha no contienen dichos
óxidos metálicos y por ello son casi inmu-
nes a la acción del SO2. La superficie del
mármol puede protegerse con una mez-
cla de hidróxido de bario [Ba(OH)2] y urea
[(NH2)2CO] ya que ambas reaccionan entre
sí para formar una capa insoluble de carbo-
nato de bario (BaCO3). Si sobre ella cae llu-
via ácida, se forma sulfato de bario (BaSO4),
aún más insoluble, por lo que el monumen-
to queda protegido por muchos años.
cerevisiae, mientras que en ultravioletas nocivas. Esta capa nes de trabajo. Los materiales
bollería, como en los bizcochos protectora puede debilitarse en cerámicos refractarios se em-
y magdalenas, lo que se utiliza presencia de sustancias conta- plean para temperaturas entre
para producir el gas es una minantes, como los compuestos 250º y 1.500ºC. Por debajo de
levadura ‘química’, una mezcla clorofluorcarbonados (CFC), que los 250ºC da buen resultado la
de compuestos sólidos que en se han utilizado mucho para lana de vidrio, compuesta por
presencia de agua reaccionan producir frío (acondicionadores planchas de finos hilos de este
para desprender CO2. de aire, cámaras de refrigera- material, revestidas exterior-
ción y congelación) en circuitos mente con delgadas láminas de
44 cerrados, aunque también se aluminio. Para bajas tempera-
¿Qué es el ozono? han empleado profusamente turas se usaban en un principio
DD ozono es un gas cuyas
El para producir aislantes (espu- productos naturales, como el
moléculas están formadas por mas poliméricas) y como prope- corcho, pero su resistencia me-
tres átomos de oxígeno (su fór- lentes en aerosoles, liberándose cánica es pequeña y además es
mula es O3). Se forma en la at- a la atmósfera, por lo que su uso inflamable. Por eso se han ido
mósfera a partir del oxígeno, en está muy controlado. introduciendo otros materiales,
las capas altas por acción de la si bien copiando del corcho la
radiación ultravioleta y también 45 estructura porosa, ya que los
por acción de descargas eléc- ¿Qué composición tiene gases son malos conductores.
tricas durante las tormentas, y un aislante térmico? Así se utilizan espumas sólidas
se descompone con facilidad, DD Depende del intervalo de fabricadas a partir de sustancias
teniendo un carácter oxidante trabajo pero los materiales que poliméricas poco conductoras
fuerte, por lo que se utiliza para se emplean para fabricar los (poliuretano, poliestireno) por
desinfección terapéutica y en aislamientos térmicos deben inyección de un gas, que puede
tratamiento de aguas. En la caracterizarse por conducir mal ser aire seco. Las espumas pue-
estratosfera se acumula for- el calor, es decir, deben tener den adquirirse en planchas o
mando una capa que protege una baja conductividad térmica generarlas sobre las superficies
al Planeta de las radiaciones y además resistir las condicio- a aislar.
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20. 100 preguntas, 100 respuestas
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¿De dónde procede el
dióxido de azufre?
DD origina por la actividad
Se
humana, por ejemplo cuando
se tuestan sulfuros metálicos
o se queman combustibles fó-
siles que contienen azufre (S),
tanto en el transporte como
en la industria. La tostación de
los sulfuros minerales se lleva
a cabo para beneficiar meta-
les. Así, por ejemplo, el cinc se
encuentra en la naturaleza en
la blenda en forma de sulfuro
de cinc (ZnS) y a partir de este,
se obtiene mayoritariamente
el metal mediante un proceso
llamado tostación, en el que se
calienta el ZnS en una corriente
de aire, de modo que se oxida a
ZnO y se desprende dióxido de
azufre (SO2). Posteriormente, el
ZnO se trata en un alto horno
con un reductor, generalmente
carbón de coque, para que el
óxido metálico se reduzca y de-
je libre el metal, desprendién-
dose dióxido de carbono (CO2).
El cinc (Zn), es un metal que
ocupa el número 23 entre los 49 anclas de barco, cadenas, he-
más abundantes de la tierra y ¿Puede producirse rrajes… El acero es una aleación
tiene importantes aplicaciones, (mezcla) de hierro y carbono,
entre otras, la fabricación de
electricidad con contenido en éste entre el
baterías para la industria ae- químicamente? 0,5 y el 2%, pero también pue-
rospacial y de ordenadores por- DD Efectivamente, las pilas galvánicas o cé- de contener otros metales en
tátiles o piezas para la industria lulas son dispositivos capaces de producir pequeña proporción, como ní-
del automóvil. corriente eléctrica a partir de una reacción quel (Ni), manganeso (Mn), cro-
química en la que tenga lugar un intercam- mo (Cr), vanadio (V), wolframio
48 bio de electrones (reacción de oxidación- (W), que le confieren propieda-
¿Qué diferencia al reducción o proceso redox). La transferen- des peculiares. El acero es más
hierro del acero? cia de los electrones tiene lugar desde la duro que el hierro, es dúctil y
DDelemento hierro se ob-
El sustancia más electropositiva, que se oxida, maleable, muy elástico, tenaz,
tiene de sus menas en el alto a la más electronegativa, que se reduce, aunque es relativamente frágil.
horno, tratándolas con coque. pero no se hace de forma directa entre las Está muy presente en muchos
El hierro de fundición, también dos sustancias sino que tiene lugar a través usos de nuestra vida cotidiana,
llamado arrabio, es el hierro de un conductor externo, lográndose así como estructuras, maquinaria,
obtenido directamente del alto la producción de corriente eléctrica. Las herramientas, vehículos pesa-
horno y tiene muchas impure- primeras pilas se hicieron a principios del dos, material rodante, barcos,
zas y escorias. Si se funde otra siglo XIX y consistían en una serie alterna- etc. Los utensilios de cocina
vez, se obtiene un hierro de da de discos de dos metales, separados por de ‘acero inoxidable’ (ollas, cu-
segunda fundición, con menos una tela mojada en una disolución salina. biertos…) están fabricados con
impurezas, llamado hierro cola- Puede hacerse una pila apilando alternada- acero al cromo-níquel.
do, que se emplea para estufas, mente monedas de níquel y cobre, separán-
cocinas…. El hierro dulce, es el dolas por papel de filtro mojado en agua 50
hierro de fundición al que se le salada. Los electrones circulan a través ¿Por qué las sales
han eliminado prácticamente de la pila, pero hasta que los extremos se conducen la corriente?
todas las impurezas, es muy conecten mediante un cable no salen hacia DDPorque son electrolitos. Los
resistente y tenaz, y se emplea el exterior. Con este dispositivo podemos electrolitos son aquellas sus-
para objetos que deben sopor- encender una pequeña bombilla. tancias que al disolverse en
tar grandes tracciones, como agua permiten el paso de la
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21. anDalUCÍa innOVa. FEBRERO 2011
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¿Por qué se oxida el hierro?
DD Debido a una reacción redox (o de oxidación-reducción). Este es un tipo de reacciones en las que se inter-
cambian electrones entre los reactivos de forma que cambian sus estados de oxidación. En toda reacción re-
dox hay una sustancia que pierde electrones (se oxida) actuando como reductor y una sustancia que gana elec-
trones (se reduce) y que actúa como oxidante. Un ejemplo cotidiano son las piezas de hierro expuestas al aire y
la humedad. Pasado un tiempo vemos como se forma una capa de óxido de hierro y decimos que se ha oxidado.
Los elementos tienen estado de oxidación 0 y así el hierro puede oxidarse perdiendo electrones, que son trans-
feridos al oxígeno, que gana dos electrones y se reduce, pasando del estado de oxidación 0 al -2. La reacción
global podría resumirse como: 2 Fe + 3 O2 p 2 Fe2 O3. Como sólo se precisa que haya cesión de electrones por
un átomo y ganancia de electrones por otro diferente, el hierro se oxidaría igualmente en una atmósfera de
cloro, de azufre o de oxígeno.
corriente eléctrica. Uno de los ción resultante no es conduc- bles y estables. Así, el hierro se
electrolitos más empleados tora, debido a que el azúcar no hace más estable ‘galvanizán-
en la vida cotidiana es la sal es un electrolito: al disolverse en dolo’, es decir, recubriéndolo de
común (cloruro de sodio NaCl). agua no se disocia en iones sino cinc. Aunque también hay latas
Al disolverse en agua la sal se que permanece como molécu- de conserva de aluminio, las
disocia en los iones correspon- las neutras. tradicionales se forman a par-
dientes (el catión sodio Na+ y el tir de una plancha de hojalata
anión cloruro Cl-). Estos iones 52 electrolítica, constituida por
pueden moverse en el seno de ¿Puede la corriente una delgada lámina de acero
la disolución, por lo que si en la eléctrica provocar una recubierta de estaño. Por otra
misma introducimos los extre- reacción? parte el cromado y el niquelado
mos de un circuito eléctrico, el DD y un ejemplo es la elec-
Sí, (recubrimiento por cromo o
movimiento de los iones per- trolisis, un proceso químico por níquel) se usan para reves-
mitirá el paso de la corriente importante que emplea la co- tir piezas de acero de motos,
eléctrica. Cuanto mayor sea la rriente eléctrica para provocar coches, maquinaria, etc., que
cantidad de sal disuelta más un proceso de oxidación-reduc- adquieren así un aspecto claro
fácilmente podrá conducir la ción no espontáneo, contrario brillante. Otras veces las piezas
corriente eléctrica, pues au- al de la pila. Una de sus aplica- u objetos de relojería y joyería
mentará la conductividad del ciones es para recubrir objetos se recubren de plata (plateado)
medio acuoso. Si se hiciera lo de una fina capa de metal. Nor- o de oro (dorado) mediante
mismo sustituyendo la sal por malmente, se usan para recu- electrodeposición. El proceso
azúcar se vería que la disolu- brir metales con otros más no- se denomina galvanostegia.
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22. 100 preguntas, 100 respuestas
nasa
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¿Por qué se producen las explosiones?
DD explosión es una combustión muy rápida en la
Una clásicos son también la nitrocelulosa y la nitroglicerina,
que se libera un gran volumen de gases, que al expan- compuestos formados por reacción del ácido nítrico
dirse provocan la explosión. Por ejemplo, la pólvora (HNO3) con los grupos alcohol (-OH) de la celulosa y de
negra está compuesta de nitrato de potasio (KNO3), car- la glicerina, respectivamente. Como la nitroglicerina era
bón (C) y azufre (S). El nitrato aporta el oxígeno para la muy inestable y provocaba por percusión explosiones
combustión y forma N2: es por lo tanto el ‘comburente’. accidentales, Alfred Nobel (1833-1896), observó que al
El carbón (con alto contenido en carbono) es el com- absorber nitroglicerina en tierra de diatomeas se podía
bustible y reacciona formando CO2. El azufre regula la manejar con más seguridad, inventando así la dinamita.
combustión y proporciona cierta compacidad a la mez- Las principales aplicaciones pacíficas de los explosivos
cla, generando además al arder SO2 y SO3. Explosivos se encuentran en la minería y en las obras públicas.
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